[미국] NYU 아부다비 연구팀, 사막 관목이 공기 중에서 물을 포집하는 방법 밝혀

『미국 국립과학원회보』에 연구 논문 게재

 

NYU 아부다비 연구원들은 사막 관목이 공기 중의 물을 효율적으로 포집하는 방법을 밝혀냈다 [사진출처(Photo source) = NYU ABU DHABI]

 

NYU 아부다비의 스마트 재료 연구소와 NYU 아부다비 연구소의 스마트 엔지니어링 재료 센터(CSEM)의 박사후연구원 마리에 알 한다위(Marieh Al-Handawi)와 화학 교수 판체 나우모프(Panče Naumov)가 이끄는 과학자 팀은 아랍에미리트에 서식하는 사막 식물이 생존을 위해 사막 공기에서 수분을 포집하는 메커니즘을 밝혀냈다. 

이 식물은 소금을 배출해 잎 표면에 물을 추출하고 응축한다. 이 독특한 메커니즘은 새로운 기술의 개발을 장려하고, 대기 수자원을 활용하기 위해 구름 씨뿌리기(cloud seeding)과 같은 기존 기술을 개선할 수 있는 잠재력을 가지고 있다.

타마릭스 아필라(Tamarix aphylla) 또는 아텔 타마릭스(athel tamarisk)는 염생식물인 사막 관목으로 고염분 조건에서 생존할 수 있다. 이 식물은 UAE에 만연한 습도와 안개를 최대한 활용하도록 진화했다. 

건조한 지역에 서식하는 많은 식물과 동물은 물을 포집하는 메커니즘과 형태 생리학적 특성을 진화시켜 왔으며, 이는 안개와 이슬과 같은 자연에 풍부하고, 미개발된 수원을 활용할 수 있는 능력을 갖게했다. 

미국 국립과학원회보(Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America)에 발표된 ‘천연 흡습성 소금 배설을 이용한 공중 습도 포집(Harvesting of Aerial Humidity with Natural Hygroscopic Salt Excretions)’이라는 제목의 논문에서 연구원들은  고염분 모래에서 번성하기 위한 타마릭스 아필라(Tamarix aphylla)의 염분 방출 및 수분 수집 메커니즘의 물리화학적 측면에 대한 탐구를 발표했다.

식물은 뿌리를 통해 토양에서 염수를 흡수하고 소금을 걸러낸 뒤, 농축된 소금 용액을 잎의 외부 표면으로 배출한다. 연구원들은 소금 용액이 증발하면서 적어도 10개의 다른 광물로 구성된 흡습성 결정 혼합물로 변한다는 것을 발견했다. 

이러한 소금 결정 중 일부는 습도 수준이 상당히 낮을 때(상대 습도 55%이하)에도 공기에서 수분을 끌어당기는 능력이 있는 것으로 밝혀졌다. 이 수분은 식물의 잎 표면에 응축된 다음 흡수된다.

전 세계적으로 담수가 부족해지면서 물이 부족한 지역의 기존 자원을 보완하기 위한 물 포집 기술에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 수분 흡착제로써 환경적으로 온화한 소금을 사용해 습도를 포집하는 연구팀이 개발한 이 자연 메커니즘은 기존 물 포집 또는 구름 씨뿌리기와 같은 기술을 보완하는 생물에서 영감을 받은 접근 방식을 제공한다.

이 연구는 뉴욕대학교 아부다비(NYUAD)가 UCN(Universities Climate Network)의 의장을 맡은 것과 같은 시기에 수행됐다. 아랍에미리트(UAE)에 기반을 둔 대학과 고등 교육 기관으로 구성된 UCN은 COP28을 앞두고 대화, 워크숍, 공개 행사, 정책 브리핑 및 청소년 참여를 촉진하기 위해 협력한다.

[원문보기]

NYU Abu Dhabi Researchers Reveal How Common Desert Shrub Efficiently Harvests Water from the Air

New understanding of this unique mechanism could inform new, sustainable approaches for water collection

 

A team of scientists, led by Post-Doctoral Associate Marieh Al-Handawi and Professor of Chemistry Panče Naumov from NYU Abu Dhabi’s Smart Materials Lab and NYU Abu Dhabi Institute’s Center for Smart Engineering Materials (CSEM) has revealed the mechanism a desert plant native to the United Arab Emirates uses to capture moisture from the desert air in order to survive. The identification of this unique mechanism, in which the plant excretes salts to extract and condense water onto the surface of its leaves, has the potential to inspire the development of new technologies, and improve existing ones such as cloud seeding, to harness atmospheric water resources.

Tamarix aphylla, or athel tamarisk, is a halophytic desert shrub, meaning it can survive in hypersaline conditions. Over time, the plant has evolved to take full advantage of the prevalent humidity and fog occurrences in the UAE. Many plants and animals that inhabit arid regions have developed water-harvesting mechanisms and morphophysiological traits which have given them the ability to utilize abundant, untapped sources of water such as fog and dew. The fundamental principles governing this natural water collection serve as an inspiration for emerging water-collection technologies, which are developed to maximize the efficiency of the existing methods for harvesting aerial humidity.

In the paper titled Harvesting of Aerial Humidity with Natural Hygroscopic Salt Excretions published in the journal Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, the researchers present their exploration of the physicochemical aspects of salt release and water collection mechanisms by Tamarix aphylla that has allowed it to thrive in hypersaline sands. 

The plant absorbs saline water from the soil through its roots, filters out the salt, and expels the concentrated salt solution onto the outer surface of its leaves. The researchers found that as the salt solution undergoes evaporation, it transforms into a hygroscopic crystalline mixture composed of at least ten different minerals. It was discovered that some of these salt crystals have the ability to attract moisture from the air even when the humidity levels are reasonably low (~55% relative humidity). This moisture condenses onto the surface of the plant's leaves and is then absorbed.

The global scarcity of freshwater has stimulated research into alternative water-harvesting technologies to supplement the existing conventional resources in water-stressed locations. Within a broader context, this natural mechanism developed by the research team for harvesting humidity using environmentally benign salts as moisture adsorbents could provide a bioinspired approach that complements the currently available water collection or cloud-seeding technologies. 

This research is being carried out in the same period that NYUAD is chairing the Universities Climate Network (UCN). Comprising UAE-based universities and higher education institutions, the UCN collaborates on facilitating dialogues, workshops, public events, policy briefs, and youth participation in the lead up to and beyond COP28.

[출처 = NYU Abu Dhabi(https://nyuad.nyu.edu/en/news/latest-news/science-and-technology/2023/october/desert-plant-research.html) /2023년 10월 31일]